Na przestrzeni lat 80. ubiegłego wieku w technice budowlanej pojawiła się lekka ściana osłonowa, nazwana słupowo-ryglową. Jej konstrukcja, stanowiąca przełom w dotychczasowych systemach, zawierała rozwiązania nowatorskie dotychczas nie stosowane.

Zasadnicze zmiany zawierały się nie tylko w rozwiązaniu konstrukcyjnym lecz także w estetyce. Zmiany polegały na zastosowaniu konstrukcji prętowej z usytuowaniem elementów nośnych po wewnętrznej stronie przegrody, jej zdecydowanym podziale na część zimną i ciepłą, oraz wielofunkcyjność wypełnień poszczególnych pól ściany.

    W dziedzinie estetyki nowość polega na zastosowaniu „kratki” elewacyjnej, utworzonej z kształtowników metalowych o jednakowej szerokości elementów pionowych i poziomych, wysuniętych przed lico oszklenia.

Ten kanon estetyczny po kilku latach stosowania został zastąpiony przez następny, inny układ estetyczny, który można scharakteryzować jako „negatyw” estetyki ściany słupowo-ryglowej, będący jej przeciwstawieniem. Jego idea przewodnia to wielkoformatowe oszklenie z podziałami wgłębnymi, szczelinami cofniętymi w stosunku do lica oszklenia. Szczeliny poziome i pionowe są jednakowej szerokości.

Stąd też zupełnie nowa estetyka, która wymaga pewnych uwarunkowań dotyczących powierzchni oszklenia. Oszklenie to nie powinno być transparentne, a system wymaga zastosowania oszklenia refleksyjnego, najlepiej o silnym refleksie.

     Estetyka tego rozwiązania uzyskuje pełny wyraz przy zwierciadłujących szybach, przedzielonych wąskim, wgłębnym podziałem-szczeliną. To nowy kanon estetyczny, różniący się zasadniczo od kanonu ściany słupowo-ryglowej i oddziałowujący silnie na architekturę budynków z takim ścianami osłonowymi.

     Estetyka ta pociąga za sobą rozwiązanie konstrukcyjne samej przegrody. Zasadnicza konstrukcja zostaje zapożyczona ze ściany słupowo-ryglowej: ten sam układ konstrukcji prętowej, złożonej ze słupków i rygli, połączonych z zachowaniem szczelności i możliwości dylatacyjnych.

Rozwiązanie konstrukcyjne znane z poprzedniego systemu różni się jednak w tym przypadku sposobem oszklenia przegrody. Dla uzyskania nowej estetyki oszklenie termoizolacyjne, w postaci szyb zespolonych, zostaje wysunięte na zewnątrz tak, że wymaga zastosowania nowych sposobów zamocowania i uszczelnienia.

Konsekwencją tak ukształtowanej konstrukcji jest zastosowanie szyby zespolonej zamocowanej wspornikowo. Należy przez to rozumieć, że szyba zespolona została zamocowana chemicznie (klejenie konstrukcyjne) do specjalnej ramki aluminiowej, która z kolei jest zamocowana do konstrukcji ściany osłonowej za pomocą zasuwek lub zacisków.

Szyba zespolona przyklejona jest do ramki aluminiowej zazwyczaj tylko samym obrzeżem szyby wewnętrznej, szyba zewnętrzna zamocowana jest do niej za pośrednictwem listwy przegrodowej również przez klejenie. Dla zapewnienia bezpieczeństwa i przeciwdziałaniu ścinaniu spoiny klejonej, szyba zespolona stoi na dwóch lub więcej wspornikach punktowych, wysuniętych z ramki aluminiowej. Istnieje szereg typów zamocowań różniących się miedzy sobą, stanowiących rozwiązania firmowe. Kilka takich rozwiązań zostało przedstawionych na rys. 1.

     Efektem takiego zamocowania jest zmiana klasycznego układu szyby zespolonej. Szyba zewnętrzna nowego układu została usytuowana tak, że zmodyfikowana kształtka przegrodowa obrzeżna, do której jest ona zamocowana (przyklejona), stanowi układ wspornikowy.

Stąd też trwałość i efektywność rozwiązania wymaga zastosowania klejenia konstrukcyjnego o odpowiedniej wytrzymałości i odporności na starzenie. Uzyskane zostało to na drodze zastosowania silikonów strukturalnych, od czego pochodzi nazwa tego systemu ściany osłonowej.

Rozwiązanie konstrukcyjne szyby zespolonej narzuca kolejny wymóg wytrzymałościowy w postaci zastosowania szyb bezpiecznych (hartowanych lub klejonych), a wymóg ten odnosi się do obydwóch tafli szklanych - zewnętrznej i wewnętrznej.

     Należy również zaznaczyć, że takie zamocowanie szyby do konstrukcji samonośnej ściany osłonowej niesie za sobą szereg nowych rozwiązań technicznych i technologicznych. Odnoszą się one do odpowiedniej szczelności obrzeża szyby zespolonej, narażonej na nowy układ działających sił, do skuteczności połączenia klejowego szyby budowlanej i kształtownika aluminiowego a także do odpowiedniego detalu.

     Dla uzyskania pełnego stanu bezpieczeństwa szyby zespolone są dodatkowo zabezpieczane przez różne elementy mechaniczne - np. wsporniki punktowe, na których stoi szyba zespolona.

     Najbardziej charakterystyczne zamocowanie szyby termoizolacyjnej (bo ona jest najczęściej stosowana w tych konstrukcjach) zostało przedstawione na rys. 2. Szyba zespolona stoi tu na specjalnych wspornikach, wybudowanych z konstrukcyjnej ramki.

 Obciążenie konstrukcji ściany osłonowej szybą zespoloną jest przenoszone poprzez wsporniki, na których stoi szyba. Obciążenia prostopadłe do powierzchni szyby (parcie i ssanie wiatru) przenoszone jest wyłącznie przez konstrukcyjne spoiny klejone.

      Przedstawiony na rys. 2 sposób mocowania szyby zespolonej jest jednym z rozwiązań stosowanych w tej przegrodzie. Innym rozwiązaniem jest jednoczesne zastosowanie wsporników dla szyby, klejenia konstrukcyjnego i dodatkowego zabezpieczenia mechanicznego: taki najbardziej rozbudowany sposób zamocowania szyby zespolonej w ścianie strukturalnej przedstawiono na rys. 3

     Dodatkowym zabezpieczeniem oszklenia termoizolacyjnego przed destrukcją w ścianie strukturalnej jest wprowadzenie bezpieczników narożnych, obejmujących ramieniem (okuciem) wszystkie naroża szyby i eliminującym w ten sposób możliwości odpadnięcia odspojonej tafli szklanej.

Innym rozwiązaniem jest wprowadzenie obrzeżnej, zabezpieczającej ramki z kształtownika aluminiowego, która obejmuje skraj szyby zespolonej z czterech lub tylko dwóch stron i tym samym zabezpiecza odspojoną taflę szklaną przed odpadnięciem. Ramka ta jest tak niewielka i stosowana w kolorze dobranym do koloru szyby, że jest mało widoczna i nie stanowi elementu zasadniczo zaburzającego estetyczny kanon ścian. Rozwiązanie to zostało przedstawione na rys. 4

Z zagadnieniem zapewnienia bezpieczeństwa oszklenia przed ewentualnym odpadnięciem wiąże się też wprowadzenie modyfikacji konstrukcji ściany strukturalnej nazwanej ścianą półstrukturalną. Ujęcie szyby zespolonej zabezpieczającym kształtownikiem z dwóch przeciwległych boków prowadzi do zmiany estetyki ściany strukturalnej.

Może to być kształtownik, który przez swój większy niż w ramce zabezpieczającej przekrój, prowadzi do uzyskania tzw. „dominacji poziomej” w przypadku, kiedy będzie on przebiegał na poziomych częściach (bokach) oszklenia lub też będzie prowadził do „dominacji pionowej”, kiedy przebiegał będzie na pionowych częściach (bokach) oszklenia. Przykłady tak ukształtowanych elewacji zostały przedstawione na rys. 5.

Należy zaznaczyć, że kształtowniki ramujące mogą być bardziej lub mniej wysunięte przed lico oszklenia i mogą tym samym, poprzez swoje możliwości cieniowania, stanowić element kształtowania architektury.

     Kolejnym rozwiązaniem konstrukcyjnym, o odmienym charakterze estetycznym, jest modyfikacja ściany słupowo-ryglowej z oszkleniem strukturalnym z zastosowaniem szyb zespolonych mocowanych zasuwkowo, podobnie do mocowania ramek z oszkleniem w ścianie strukturalnej.

Różnica polega na tym, że w systemie zasuwkowego mocowania szyb zrezygnowano z wgłębnej szczeliny dzielącej poszczególne elementy oszklenia. Szyby zespolone w swojej kształtce przegrodowej mają wykonany wpust w który wprowadzona jest zasuwka ze stali nierdzewnej.

Zasadę tę przedstawiono na rys. 6.

Szczelina pomiędzy szybami zespolonymi zostaje wypełniona szczeliwem odpornym na działanie czynników atmosferycznych (w tym insolacji). 

Szerokość jej wynosi zazwyczaj 10-15 mm. Należy również zaznaczyć, że i ten system posiada modyfikacje, polegające na tym, że z dwóch równoległych boków szyby (pionowych lub poziomych) wprowadzone są w miejsce spoin kształtowniki ramujące, co stanowi dalszą estetyczną odmianę przegrody.

Na rys. 7 zostały przedstawione możliwości rozwiązań tej odmiany ściany strukturalnej.

     Reasumując zagadnienia dotyczące estetyki i powiązanej z nią konstrukcji należy wyrazić pogląd, że wprowadzenie systemu ścian osłonowych z oszkleniem strukturalnym zostało zainspirowane kanonem estetycznym, a do niego zostały dostosowane rozwiązania konstrukcyjne.

Wprowadzenie tego rodzaju konstrukcji poza nową emanacją estetyczną, znacznie bardziej ekspresyjną niż w ścianie słupowo-ryglowej, narzuciło - w porównaniu do ściany słupowo-ryglowej na bazie której powstała - pewne ograniczenia, które sprowadzają się do:
- mniej racjonalnego sposobu zamocowania oszklenia - szyby zespolone osadzane wspornikowo narzucają wymóg zastosowania szyb bezpiecznych i bardziej wytrzymałych;
- gorszej termoizolacyjności przegrody, polegającej na niekorzystnym rozkładzie temperatur w węzłach konstrukcji;
- ograniczeniu w asortymencie stosowanych okien (tylko skrzydła odchylne - markizowe lub wysuwne);
- mniejszym uniwersalizmie rozwiązań architektonicznych. Należy przez to rozumieć, że kształtowanie architektoniczne budynków z takimi przegrodami jest ograniczone. Ściany te stosowane są przede wszystkim jako rozwiązania płaszczyznowe. Możliwe są do zastosowania krzywiznowe ukształtowania lecz z ograniczeniami wynikającymi ze specyfiki detalu tej ściany oraz różne kształtowanie narożników i obrzeży ściany.

     Z kolei pewnym rozszerzeniem możliwości architektonicznych jest wprowadzenie modyfikacji ściany z oszkleniem strukturalnym, takich jak:
- ściany z oszkleniem strukturalnym zwanych półstrukturalną lub semistrukturalną,
- ściany z oszkleniem mocowanym zasuwkowo (vario).

     System ściany słupowo-ryglowej z oszkleniem strukturalnym oraz jej odmiany, przedstawione w sposób schematyczny, przejawiają się w wyrazie architektonicznym wielkopowierzchniowych przeszkleń i stwarzają bogatą ofertę dla projektantów, inwestorów i użytkowników.

Na drodze modyfikacji rozwiązań konstrukcyjnych i estetycznych nie zostały wykorzystane jeszcze wszystkie możliwości jakie wnosi za sobą nowa technika budowlana. Należy się spodziewać, że najbliższa przyszłość pokaże nowe, nieznane dotąd systemy i rozwiązania w dziedzinie lekkich, przeszklonych ścian osłonowych.

prof. Andrzej Bojęś

Literatura:
- DIN 4108-4. Rahmenmaterial 1991
- ETAG 002. Leitlinie für die europäische Zalassung für geklebte Glasskonstruktionen. Bundesanzeiger 1999.
- Performance properties of Silicone Structural Adhesives. ASTM STP 1054. CJ Parsie. Ed.American Socjety oftesting and Materiale PPhiladelphia 1989.
- J.P. Hautekker Structural Glacing - Direktions for the future Glass processing Days Conperence proceedings 1999.
- A. Bojęś. Porównanie rozkładu temperatur w systemowych przegrodach ścian osłonowych nowej generacji. Materiały VI Międzynarodowej Konferencji Naukowo-technicznej „Problemy projektowe w kontekście nowych technologii budowlanych”. Wyd. Politechniki Krakowskiej 2005, zeszyt 6.

inne artykuły tego autora:

- Architektura budynków przeszklonych szybami giętymi , Andrzej Bojęś, Świat Szkła 5/2009

- Oszklenia bezpieczne w budynkach sportowych , Andrzej Bojęś, Świat Szkła 12/2008

- Przeszklone ściany osłonowe - prognozy rozwoju , Andrzej Bojęś, Świat Szkła 9/2008

- Nowe technologie oszkleń w budynkach zabytkowych , Andrzej Bojęś, Anna Bojęś-Białasik Świat Szkła 5/2008

- Lekkie ściany osłonowe z oszkleniem strukturalnym - architektura, konstrukcja, estetyka , Andrzej Bojęś, Świat Szkła 11/2007

- Między klockiem a rzeźbą , Andrzej Bojęś, Świat Szkła 9/2007

- Oszklenia bezpieczne w przegrodach budowlanych a obowiązujące wymagania , Andrzej Bojęś, Świat Szkła 6/2007 

- 45 lat stosowania w Polsce szyb zespolonych , Andrzej Bojęś, Świat Szkła 12/2006

patrz też:

- Okna z wklejanymi szybami , Robert Sienkiewicz, Świat Szkła 12/2010

- Wkład technologii silikonowych w zrównoważoną architekturę , A.T. Wolf, Świat Szkła 5/2010

- SSG – zasady projektowania w świetle PN-EN 13022 część I i II oraz ETAG 002 , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 10/2008

- Stosowanie mas uszczelniających do fasad , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 9/2008

- Technologia wklejania szyb do konstrukcji okiennych , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 4/2007

- Silikony w mocowaniach punktowych i liniowych , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2007

- Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym cz. 2 , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 12/2006

- Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym cz. 1 , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 11/2006

- Uszczelnianie szklanych konstrukcji z zastosowaniem szkieł samoczyszczących , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2006

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacji: Świat Szkła 11/2007